一、引言 軟件定義網絡：SDN。
時(shí)間敏感網絡：TSN。      弟西 軟件定義時(shí)間敏感網絡：SD-TS拿作N。融合了軟件定義網絡技術與時(shí)間資公敏感網絡技術的綜合系統網絡。該網絡既具備軟件定義網絡的組網靈活性、協議錢快無關轉發的高适應性、轉發控制分離的高效性與可控草睡性，同時(shí)又具有低(dī)延時(shí)年綠、低(dī)抖動的時(shí)間敏感特性笑分。通(tōng)過軟件流表與隊列映射的靈活定義，極大(dà)放寬你錯了全網流規劃調度的難度，增強了TSN網絡的适用範木西圍和行業兼容性。    &nbs話我p; TSN的時(shí)間敏感特征到底是誰的屬性商線？毋庸置疑，這是業務的屬性。TSN的技術标準起源于音視頻行區慢業，其核心特性要求是高實時(shí)和同步傳輸。為(wè音花i)什麼是高實時(shí)與同步傳輸這兩個特性呢？因為(wèi)這确實是匠微屬于現代多媒體業務發展的必然需求，比如(rú)說飛家(shuō)實況賽事直播。随着現代工(gōng)業互聯網的發展和生産規模的擴大議男(dà)及協同要求，TSN所提供的網絡特性逐漸影歌被工(gōng)業界各行業所關注和吸引，特别是在IT與OT融合和5G頻從技術的商用背景下，TSN技術的重要性越發變日司得(de)明顯。 二、正确看待技術的優點和不(bù)足      萬習紅物皆有宿命，技術在特定領域下所擁有的優勢也木船必然成為(wèi)它在适應其他(tā)領域的不(報民bù)足。我們(men)深入研究技術的核心與本質，不(bù)迷信技術，善于畫照結合技術的優勢來解決業務的痛點。    &nbs商也p;  1.确定的網絡需要确定的環我雨境     &n又身bsp;在當前時(shí)代與技術背景下，T了農SN确實變得(de)很重要。但它并不(bù)是靈丹妙藥，也不(bù)是場鐵萬能解藥。TSN技術的重要性主要體現在其技術規範要求的自現網絡環境下，可以确保業務的分組數據以确定的延時(sh議吃í)和較小的抖動到達業務對端。TSN的核心特征是保證确定的延時城笑(shí)（範圍），可以規劃出較小延時(shí)。抖動大(dà)小跟得年具體網絡業務流量、調度策略相關。為(wèi)保障上述特征，在TSN網絡系統中網看樂絡環境的各種參數，如(rú)時(shí)間、流特征以及調度這師控制都是其正确運行的先決條件，确定因素。    工和;  1.1 全局時(sh下那í)間同步      都空;時(shí)鐘(zhōng)同步比較好(hǎo)理解，就志議好(hǎo)比全中國都使用北京時(shí)間對自己火要的生産和生活進行安排參考。TSN網絡運行的前提條件就是時(shí)間同步，男紅隻有所有節點全都同步到了一個全局的時(shí)鐘(少費zhōng)刻度，才有可能為(wèi)其進行業務訊慢流的規劃，各流之間才不(bù)會(huì)碰撞。有離例如(rú)高鐵網絡，各個站點之間如(rú)果不(bù)都歌舊是基于北京時(shí)間來進行列車(chē)調度，肯定無法完員熱成整個高鐵網絡的正确運轉，甚至帶來嚴重後果。時(shí)間同步是基于時(sh明看í)間信息做規劃調度的前期和基礎。      1.2 時讀技(shí)間敏感流參數明确      水黃TSN對流的要求一是确定且固定的周期性；二是分組長(cháng)度國小盡量固定；三是有可接受的延時(shí)與抖動指标。內畫TSN網絡隻能保障時(shí)間敏感流的實時(shí)性和可靠性，其關鍵原因就樹在是這些時(shí)間敏感流的業務特征是明舞理确的，先知的。不(bù)具備周期性的流，調度程序無法為(wèi看自)其做出無限期的門控規劃。分組長(cháng)度随機的電校流則隻能按最壞情況（最大(dà)MTU）大筆不(dà)小為(wèi)其規劃，造成該分組轉發後的調度時(shí)隙資(zī)花市源的浪費，為(wèi)其他(tā)更多流的規劃妹資帶來限制和困難。延時(shí)和抖動本身就是時(shí)間地空敏感流自備的屬性，同時(shí)也是做規劃調在的度需要計算考慮的因素。
     隻有這拍但些流屬性參數都明确，才能為(wèi)其進行統一的規劃作雜調度。否則，流的周期不(bù)确定，或是分組長(cháng)度随機笑子，都将無法為(wèi)其提供TSN流的服務，隻能當作BE匠吃流來處理。    &n白女bsp; 1.3 全網統一規劃調度    間市;  TSN流一定是先規劃調度再上線運行。在全局湖志時(shí)鐘(zhōng)同步和時(shí)間敏感流的各項屬性參數都明員唱确的條件下，可以準備做全網流量轉發的規劃調度，生成各節點各端口的門男拍控列表。規劃調度的輸入參數非常多，求解過程也非常複雜。有無弟訊解或最優解生成取決于規劃程序對完整系統的方方面面因素的考慮與算法的音還合理性。随着TSN流數量的增加、流周期的沖突增加和最小公倍數變南理大(dà)，規劃調度的計算結果會(huì)程指報司數性變化，可能甚至無法求解。
     綜上所述她會，TSN網絡需要在全局同步在同一個時(shí)鐘(男哥zhōng)刻度基礎上運行，所有時(shí)間敏感流需要具備錢高明确的周期性、固定分組長(cháng)度和如門可接受的延時(shí)與抖動值。    日照  2.行業需求與TSN要求長森之間的磨合      路媽TSN網絡的時(shí)間特征優勢與高帶寬優勢被許多使用傳統我答總線的行業所關注，這些行業正在考慮向TSN網絡轉移，如(r熱兵ú)車(chē)載網絡、工(gōng)業制造控制弟火網絡等。在我們(men)對TSN業務調研筆歌中發現，大(dà)多數的客戶應用場景中，隻存在較少完全符合TSN特征也短要求的流，不(bù)管從數量上還是流量上來看，10%都不(得北bù)到，另外80%的流對實時(shí)見高都有要求，但并不(bù)完全符合TSN流的特征要求，特别是周期性。剩下學人的BE流數量不(bù)多，流量也不(bù)大(dà)。可能是想上煙區TSN技術的行業考慮更多的主要還是有實時(shí)要求音冷的業務，或是BE業務仍較龐大(dà)，依然保留資少現網的運營模式。    &坐離nbsp; 2.1 流特征    年林;  TSN整個網絡系統的正化呢确運行是基于所有數據IO與轉發節點都同步在一個時(shí)鐘(zhō事見ng)基準上，并基于全局的時(shí)鐘(zhōng)進行規劃的統一調度，為師快(wèi)每一條流都指定一個進入網絡的時(shí)間槽位置。笑湖核心内容就是全網時(shí)鐘(zhōng)同步和統一規劃調度。那非周期性喝喝流是否可以當作TSN流使用呢？非固定長(c木店háng)度分組是否也可以呢？答(dá)案是不(b綠地ù)确定的。首先，非周期性流的不(bù)确定性主要是看非周期性流産生用道的方式，如(rú)果是純随機發生，也不(bù)存在産生的最小間隔，或者說(s日北huō)可能的最小間隔非常小，那這樣的流确實很難放進TSN網絡進行規劃。其次對的，非固定長(cháng)度可以在規劃時(shí)統一成最大(d弟亮à)長(cháng)度進行規劃。但是會(hu老紙ì)造成一些實時(shí)調度時(shí)隙的空閑。若存在調度能接件文受的最小時(shí)間間隔和随機長(cháng)度所帶來的木暗不(bù)穩定抖動，則可以考慮按照其最小間隔方式規劃該流，其長不最大(dà)抖動會(huì)是該流的最小間隔長(ch木子áng)度加上系統抖動的最大(dà)值。若規劃結果符合TS船站N流的預期則可以部署實施，若無法規劃或最優解無法滿足流的延短錯時(shí)與抖動要求，則無法完成此類型流的規劃部署要求。 女藍      2場會.2 協議特征     &n很車bsp;轉移到TSN網絡的行業場景裡，存在大(dà)煙光部分的總線節點，其傳輸協議并不(bù)是标準會上的以太網和IPv4等網絡标準協議，更多的是一些專有協議，并不(bù)完全空購滿足802.1Q規範。這些節點通(tōn道物g)常又需要實時(shí)性，是完成業務船舊實時(shí)功能需求的必要組成。如(rú)何讓這些節點能快速接入到TSN網廠那絡中是行業轉網的一大(dà)挑戰。可行的方案有很多，無非是從兩邊入手。要麼讓分銀這些節點全部按照标準協議來轉換，要麼TS金拍N網絡能支持協議無關的轉發。二者總要有一方妥拍又協才能組合到一起正常工(gōng)作。    &nbs哥美p; 2.3 延時(shí)與抖動保障 哥音     &nbs厭和p;任何存在數據交互的行業應用對數據傳輸的要求都少不(bù)了低(dī)延還綠時(shí)和低(dī)抖動。就TSN技術而言，讀章Qch标準解決的是延時(shí)确定化，而Qbv是提供實現延時(shí)最公習小化的可能。在傳統的BE網絡，分組進入鍊路完全靠運氣，憑借着匠訊一股執念終成正果的精神在網絡空間橫沖直撞和腦。而在TSN網絡中，所有的時(shí)間敏感流分組都要求按規劃的村房時(shí)間槽進入，避免大(dà)家(jiā)出民算現碰撞。換個技術詞彙可以用時(shí)分我鐵網絡來形容一下。在時(shí)分網絡中，時(shí)間的規劃是至關重要的。
   &nbs白秒p; Qch以乒乓隊列形式進行調度，其流的規劃票從策略相對簡單，流在每個節點至少等待一個調度周期，故南訊其到達目标節點的時(shí)間是在固定範圍和市之内的。這種調度方式固然實現确定延時(shí)，但無法有效降低土不(dī)延時(shí)，也不(bù)适應不(bù)同周期、延時(shí家答)和抖動差異化要求的混合業務調度。     話文 Qbv可以實現多個不(bù)同知對隊列，每個隊列可映射不(bù)同的TSN流進行轉發。舉個更為(wèi)形象她視的例子(zǐ)，TSN網絡就好(hǎo)比是多車(chē)道交通錢懂(tōng)網絡，每個分組為(wèi)一輛小車(chē)。每為微輛車(chē)都會(huì)行駛在一條指定的車(chē)道上月市，在通(tōng)過交叉路口的時(shí)候根據紅綠個劇信号燈通(tōng)行。不(bù)同車(chē)道都有家得一個信号燈指示其可否通(tōng)行。Qbv的調度跟上述模型基本一喝微緻，當我們(men)規劃某輛車(chē)在某條車(c路睡hē)道上行駛，規劃好(hǎo)其進入車(chē)道的時(shí)間舊又，行進到路口時(shí)，将其車(chē)道亮起綠燈都玩，并且确保直至目的地的每個路口都在車(c船你hē)輛到達時(shí)刻為(wèi)綠燈，則該車(chē)輛理看将以最短(duǎn)時(shí)間通(tōng)過該交通(tōng)網絡。這讀黑種開(kāi)車(chē)體驗隻有與你在路口沒亮物又交通(tōng)信号燈也沒有交通(tōng)警察指揮黑的（BE網絡）的情況下開(kāi)車(chē)對比後才能夠數音得(de)到。這麼美好(hǎo)的開(kāi)車(長鐘chē)體驗是不(bù)是人人想要？整個交通(tōng森他)網絡都按照這種方式來控制信号燈是否可行？是不(bù)是可以一妹還條道車(chē)開(kāi)到終點？人工答哥(gōng)智能與自動駕駛技術的到來會(huì)加速這一可能，但并不(煙人bù)是所有交通(tōng)網絡都會(huì)這樣運行。回到TSN網絡上，如(那煙rú)果TSN的流很少，很明顯可以比較容易做到這一點。但是随着TSN流的數喝現量增加，其周期性、延時(shí)與抖動要頻對求互不(bù)讓步的情況下，這種規劃調度的難度區民會(huì)越來越來大(dà)，甚至變得(de制飛)不(bù)可能。
   &nbs她北p; 所以，在TSN網絡系統中最個務難的事情既不(bù)是時(shí)鐘(zhōng)同步、也不(bù美煙)是Qbv調度，而是全系統TSN流的調度紙電規劃。特别是在現有TSN的規範标準和現有行業需求背景下，其靈活度、适應性和普船城适性是很難滿足各行各業特有時(shí)間敏感需求的功能場景在火。 三、技術是拿(ná)來使用的，不(bù)能受限于湖門技術本身      宿命并非微開終點，命運是通(tōng)往終點的過程。任何技線報術都是為(wèi)了解決行業需求産生的，在具體行業場景下，技術能力必須如男适用本行業特征，支持行業特性的定義與定制。     &nb老男sp;1.SDN是網絡架構，TSN是網絡屬性    開還;  在TSN技術規範定義的時(shí)候，SDN的開河概念剛剛興起。SDN的出現，打破了對傳統網絡的管理與調度方式，其數控學也分離理念與流表定義的方式使得(de)網絡轉發更具規劃性與可控但現性。SDN是一種網絡架構及管理層面的突破，是為(wèi)了讓網絡數據平面更專器能注、控制平面更靈活。而TSN的時(shí)間敏感特征應該是網絡分組的離很一個專有屬性，是對網絡流特征的一種規範和定義，參考其規範要求實現傳輸則花照可以滿足時(shí)間敏感特性，與網絡架構、拓撲組成以及分組轉發方式等無訊志關。其核心調度規劃和門控輸出其實也符合SDN思想，可以通(路時tōng)過軟件方式來靈活定義不(bù)同的門控數據以控制流的精輛窗确傳輸。    &nbs拍機p; 2.将SDN架構網絡賦予TSN屬性    輛請;  從網絡架構與功能歌低特性上分析，将TSN的流特性加入到SDN網絡中應該會(huì)是一個影遠更好(hǎo)的網絡解決方案。同時(shí)具備時暗鐘(shí)間敏感特性和網絡靈活定義，其應用範圍與适應能船關力會(huì)得(de)到更好(hǎo)的擴大(dà)懂服和強化。
     為你結合目前行業需求與TSN規範中存在的問題，我們(men)分析認為(w書站èi)，網絡的轉發行為(wèi)及方式需要由我們(me月可n)自己靈活定義，并且是可以為(wèi)每個節點鄉理不(bù)同隊列定義不(bù)同的行為(wèi)與方式。TSN通(tō為器ng)過VLAN的優先級字段映射到不(bù)同調度隊列，雪要是屬于類流調度。SDN的流表匹配及隊列映射也可以實現将不(bù)作讀同流映射到不(bù)同調度隊列，這二者其實差異不(b會章ù)大(dà)，無非是SDN的流表可以用更多元組字段表示，最終都是将流內門映射到了某個指定隊列。但SDN的流表可以會哥在不(bù)同交換機上設置不(bù)同的映射隊列，錯(cuò)能嗎開(kāi)某個産生碰撞的隊列和時(shí)間。在複雜的調度規劃中不河，部分交換機的流量可能會(huì)比較大(dà)，隊列的不(bù讀月)同時(shí)間槽會(huì)排得(d熱歌e)比較滿，導緻某些流按同一優先級隊列調度輸但地出可能産生碰撞。那麼在延時(shí)和抖動允許的條件下，我們(men物購)可以在适當節點為(wèi)其換個隊列，繼續轉發，以保證系統可以調度規劃更多美快的流。SDN的靈活定義在此顯得(de)格外重要，習哥當然，我們(men)也可以通(tōng)過SDN流表定義該流走網絡中的另一條如亮路徑來躲避這種可能。SDN技術可以為(wèi)全系統的不電流量調度規劃帶來更大(dà)、更多的可能性。     商房; 3.軟件定義更多可能      鐘月軟件定義時(shí)間敏感網絡沒有從根本上解除時(會風shí)間敏感網絡流的本質要求，隻是将其時(shí)長可間調度模型的條件限制變得(de)更加寬松，适應範圍變得(de)著笑更加廣泛，以滿足更多不(bù)同行業對時(shí)間敏感流的規劃調度需些鐘求。同時(shí)再加上SDN的軟件定義能力和網好站絡綜合管理配置功能，能極大(dà)的簡化用戶使謝視用和管理網絡的複雜度。如(rú)靈活自組網、協議好好無關轉發、在線規劃調度、增量規劃調度、實時(shí)流路徑遷移行鄉和交換節點熱切換等等。 四、解決方案是一個整體技術合集，多項技術協同解決你志具體難題    &nbs問也p; TSN的時(shí)間敏感特性是屬于業務的，業務數也內據的生産與消費通(tōng)過TSN網絡來聯通(紅聽tōng)。這從系統架構層對整個TSN網絡提空笑出的全實時(shí)的要求，主要包括業務數據的生産消費、數據在系統中的傳遞線關、接入TSN網絡的網卡、中間的網絡交換機等所有業船開務數據流經的每個環節。首先，端節點與交換機需要都支持全局時(shí)鐘(討習zhōng)同步，端節點不(bù)僅是網卡還包括主機系統。即使主討那機系統不(bù)進行時(shí)鐘(zhōng)同術河步，也需要實時(shí)感知網絡的時(shí)鐘(zhōng老頻)刻度。其次，所有的業務流産生、傳輸都需要嚴格按照全網的規劃調度進行。T要林SN流的規劃是從網卡接入開(kāi)始的，業務數據的産生和傳輸到網得綠卡的時(shí)間則交給應用自己控制。應術雨用精準控制的前提就需要實時(shí)感知網絡時(s都頻hí)鐘(zhōng)刻度和系統提供實時(shí)服務。    &n舊林bsp; 1）實時(shí)應用    &nbs日做p; TSN網絡的業務都是實時(shí)應用，實時(shí)應用需要樂匠運行在實時(shí)系統之上，而且應用可以對網絡全局時(shí)鐘(行見zhōng)實時(shí)感知。實時(shí)業務流都需要通(tōng)過全網金日規劃調度後确定其準入網絡的具體時(shí)間槽位置，流的調度起點從網卡開和話(kāi)始。故業務需要将數據内容在其網卡調都討度時(shí)間槽位置時(shí)刻前送達網卡，以确保準時靜現(shí)進入網絡。業務流到網卡的時(shí)間主要習訊由系統調度模型決定，非實時(shí)調度系統無法保障用戶數據到妹美達網卡時(shí)間的确定性。      2河員）實時(shí)系統      你上實時(shí)系統為(wèi)實時(shí)老南應用提供實時(shí)數據IO服務，該服務不(bù南費)僅要求系統調度模型是實時(shí)，同時(shí)還需要下老包含實時(shí)網絡協議棧、實時(shí)網絡驅動等吃跳。實時(shí)調度系統可以提供較小抖動和較低(dī)延時(業他shí)的分組IO能力，不(bù)是完全時大行(shí)間确定的。實時(shí)系統還可以分為(wèi)軟實時(shí)系街資統和硬實時(shí)系統。通(tōng)過與普短時通(tōng)系統的實驗測試發現，延時(s議跳hí)排名是：硬實時(shí)系統<><><><普通系統。根據用戶對業務流延時和抖動的允許差值可以選擇軟實時系統或硬實時系統。允許誤差範圍較大的甚至也可以使用普通系統。若對延時與抖動要求極低，則可以考慮使用裸cpu運行實時應用或采用轉用硬件實現業務功能。>      3）TS東高N網卡    &nbs事樂p; TSN網卡必須和其TSN網絡中的時(shí)市制間主節點進行時(shí)鐘(zhōng)同步，并提供實時(shí)的網絡時(s兒很hí)刻給上層應用。網卡是實時(shí)流調就關度的起點，TSN流必須在其規劃調度的确定時(shí)間槽位置發送進物愛入網絡。提前到達則會(huì)引發其他(tā)流的抖呢家動，占用交換機緩沖區時(shí)間較長(chá計放ng)，影響交換機吞吐率。滞後到達影響更大(dà)。TSN的技術規範中有市吃輸入檢查，判斷數據輸入的有效性與合法性，以确保整網的調度正常。 銀校     &n又鐵bsp;4）TSN交換機     &nbs微場p;TSN交換機是整個TSN網絡的核心，各交換路關節點中必須有一台是時(shí)鐘(zhōng)主節點，其他(tā)電校節點向主節點進行時(shí)鐘(zhōng窗從)同步。交換機的輸入檢查、隊列映射、門控列表和調度方式也是其站畫核心内容。Qbv是一種高靈活性的調度方式，适應不(bù)同周期性流的靈活議報映射與實時(shí)控制。    &nb間用sp; 5）網絡控制器(qì)     &n愛姐bsp;采用軟件定義時(shí)間敏感網絡的系統，其網絡管理配置功能由務讀SDN的控制器(qì)完成。為(wèi)支持控制器(qì)對TS她開N交換機的門控等一系列參數的配置，需要擴展北向REST API接口、控制刀雪器(qì)支撐模塊、南向協議支持規範等，滿足對TSN特聽放性的功能的配置。 四、結語      本文是作者說南結合多年SDN研究、TSN研究和客戶需求分析交流的一些總結。受知識、的頻經驗和行業了解的限制，一些觀點不(bù)一定都正确。行家熱業調查數據及測試數據都隻在特定行業和場景下獲得(de)西綠。敬請理性看待。
  &nbs照男p;  任何技術都有優缺點，在不(b去新ù)同應用場景下其表現形式也不(bù)同。采用軟硬件全可編程平台和軟件定義報農方案隻是能更多的适應場景變化，在不(bù冷個)同場景應用下，其軟硬件功能和定義方法也不(bù)盡有金相同，都隻是為(wèi)了更好(hǎo)的适應場景要求。
   &nbs路算p;  好(hǎo)在這樣的平小外台和方法可以支持各行業用戶場景的編程和定義的要求。 開影